FR3092381A1

FR3092381A1 - Thermal insulation of submarine pipelines

Info

Publication number: FR3092381A1
Application number: FR2001037A
Authority: FR
Inventors: Vincent Loentgen; Olivier Lodeho
Original assignee: Acergy France SAS
Current assignee: Acergy France SAS
Priority date: 2019-02-05
Filing date: 2020-02-03
Publication date: 2020-08-07
Also published as: GB201901577D0; NO20200132A1; GB2581153B; GB2581153A

Abstract

Un tuyau (10) sous-marin à isolation thermique comprend un tuyau d'écoulement (12) interne rigide et une isolation humide (16) disposée autour du tuyau d'écoulement (12). Les structures de pont (22) espacées s'étendent radialement du tuyau d'écoulement (12) vers l'isolation humide (16) afin de maintenir l'isolation humide (16) à l'écart du tuyau d'écoulement (12). L'isolation sèche (24) est disposée entre les structures de pont (22) dans l'espace annulaire résultant entre le tuyau d'écoulement (12) et l'isolation humide (16). Les structures de pont (22) sont liées à l'isolation humide (16), par exemple par soudage, et peuvent donc être constituées du même matériau que l'isolation humide (16) ou d'un matériau compatible qui permet le soudage. Figure pour l'abrégé : Fig.1A thermally insulated underwater pipe (10) includes a rigid internal drain pipe (12) and wet insulation (16) disposed around the drain pipe (12). The spaced bridge structures (22) extend radially from the drain pipe (12) to the wet insulation (16) to keep the wet insulation (16) away from the drain pipe (12) . The dry insulation (24) is disposed between the bridge structures (22) in the resulting annular space between the flow pipe (12) and the wet insulation (16). The bridge structures (22) are bonded to the wet insulation (16), for example by welding, and can therefore be made of the same material as the wet insulation (16) or of a compatible material which allows welding. Figure for the abstract: Fig. 1

Description

Thermal insulation of subsea pipelines

La présente invention concerne l'isolation thermique de pipelines sous-marins utilisés dans la production de fluide hydrocarboné. Un objectif clé de l'isolation thermique est d'éviter qu'un pipeline ne se bouche ou ne soit obstrué par des solides qui pourraient apparaître dans le fluide de production si sa température diminue trop à une pression donnée.The present invention relates to the thermal insulation of underwater pipelines used in the production of hydrocarbon fluid. A key purpose of thermal insulation is to prevent a pipeline from becoming clogged or clogged with solids that could appear in the production fluid if its temperature drops too much at a given pressure.

Du pétrole et du gaz sont présents dans les formations souterraines à des température et pression élevées, qui peuvent être augmentées par l’injection de fluides tels que de l'eau sous pression. Lors de la production de pétrole ou de gaz à partir de champs sous-marins, le fluide de production chaud émerge d'une tête de puits sous-marine et entre dans un pipeline sous-marin dans un état multiphasique. Le fluide de production s'écoule ensuite dans le pipeline à travers le fond marin et finit par remonter à la surface par une colonne montante.Oil and gas are present in underground formations at high temperature and pressure, which can be increased by the injection of fluids such as pressurized water. When producing oil or gas from subsea fields, hot production fluid emerges from a subsea wellhead and enters a subsea pipeline in a multiphase state. The production fluid then flows down the pipeline through the seabed and eventually comes to the surface via a riser.

Une basse température augmente la viscosité du fluide de production et favorise la coalescence ou la précipitation des matériaux en phase solide à partir de certains composants présents dans le fluide de production, à savoir les cires et les asphaltènes dans le pétrole brut et les hydrates dans le gaz naturel. Ces matériaux en phase solide ont tendance à se déposer et s'accumuler sur la paroi interne du pipeline et peuvent finalement former des bouchons, ce qui a pour effet d’interrompre la production. Outre le coût élevé lié à la perte de production, les bouchons sont difficiles et coûteux à retirer et peuvent même endommager le pipeline.Low temperature increases the viscosity of the production fluid and promotes the coalescence or precipitation of solid phase materials from certain components present in the production fluid, namely waxes and asphaltenes in crude oil and hydrates in crude oil. natural gas. These solid-phase materials tend to deposit and accumulate on the inside wall of the pipeline and can eventually form plugs, which has the effect of interrupting production. Besides the high cost of lost production, clogs are difficult and expensive to remove and can even damage the pipeline.

Lors du transport ultérieur le long d'un pipeline, la température et la pression du fluide de production doivent être maintenues à un niveau suffisamment élevé pour assurer un débit suffisant sur le fond marin et dans la colonne montante. En particulier, diverses mesures sont prises pour garantir que la température interne du pipeline reste élevée, généralement supérieure à 65 °C et dans certains cas supérieure à 200 °C, malgré les échanges thermiques avec l'eau de mer qui, par exemple, est à 4 °C à une profondeur supérieure à 1000 m. Le colmatage devient un risque si la température du fluide de production à l'intérieur du pipeline tombe en dessous de la température d'apparition de la cire (WAT), ou en dessous d'autres seuils auxquels d'autres matériaux solides vont fusionner avec le pétrole ou le gaz.During further transport along a pipeline, the temperature and pressure of the production fluid must be maintained at a sufficiently high level to ensure sufficient flow on the seabed and in the riser. In particular, various measures are taken to ensure that the internal temperature of the pipeline remains high, generally above 65°C and in some cases above 200°C, despite heat exchanges with seawater which, for example, is at 4°C at a depth greater than 1000 m. Clogging becomes a risk if the temperature of the production fluid inside the pipeline falls below the wax onset temperature (WAT), or below other thresholds at which other solid materials will fuse with oil or gas.

Les concepteurs de pipelines sous-marins ont adopté des approches actives et passives de la gestion thermique, à la fois individuellement et en combinaison.Subsea pipeline designers have taken both active and passive approaches to thermal management, both individually and in combination.

En tant que systèmes de gestion thermique active, un système de chauffage par traçage utilise généralement des fils électriques résistifs le long de la surface extérieure d’un pipeline en acier et en contact thermique avec celle-ci. La chaleur produite en faisant passer un courant électrique le long des fils est conduite à travers la paroi du tuyau jusqu’au fluide de production qui y circule.As active thermal management systems, a trace heating system typically uses resistive electrical wires along the outer surface of a steel pipeline and in thermal contact with it. The heat produced by passing an electric current along the wires is conducted through the pipe wall to the production fluid flowing through it.

Dans les systèmes de gestion thermique passive, un pipeline est isolé thermiquement. Un exemple de système de gestion thermique passive est un ensemble conduite à enveloppes multiples (PiP) comprenant un tuyau intérieur rigide transportant des fluides positionné concentriquement à l'intérieur d'un tuyau extérieur rigide. En règle générale, les tuyaux intérieurs et extérieurs sont en acier, bien que l'un ou l'autre de ces tuyaux puisse, à la place, être un tuyau composite de même robustesse et essentiellement rigide. Un tuyau composite a une structure monolithique solide qui comprend une matrice de résine polymère, par exemple de polypropylène, renforcée par des fibres telles que des fibres de verre ou des fibres de carbone. Une doublure polymère solide peut être disposée à l'intérieur de la matrice polymère renforcée. La matrice peut également être entourée d'un revêtement extérieur, qui peut également être en polymère solide.In passive thermal management systems, a pipeline is thermally insulated. An example of a passive thermal management system is a multi-walled (PiP) duct assembly comprising a rigid inner pipe carrying fluids positioned concentrically within a rigid outer pipe. Typically, the inner and outer pipes are made of steel, although either of these pipes may instead be an equally strong and essentially rigid composite pipe. A composite pipe has a solid monolithic structure which comprises a matrix of polymeric resin, for example polypropylene, reinforced with fibers such as glass fibers or carbon fibers. A solid polymer liner may be disposed within the reinforced polymer matrix. The matrix may also be surrounded by an outer coating, which may also be solid polymer.

Les tuyaux interne et externe d'une PiP sont espacés l’un de l’autre pour définir entre eux un espace annulaire isolant. Typiquement, un matériau thermiquement isolant est disposé dans l'espace annulaire. Il est également possible de créer un vide partiel dans l’espace annulaire afin de réduire la transmission de chaleur à travers l’espace annulaire.The inner and outer pipes of a PiP are spaced apart to define an insulating annular space between them. Typically, a thermally insulating material is placed in the annular space. It is also possible to create a partial vacuum in the annular space to reduce heat transmission through the annular space.

Le matériau d'isolation thermique utilisé dans les pipelines sous-marins appartient à l'une des deux catégories connues dans l'état de la technique sous le nom d'isolation humide et d'isolation sèche. L'isolation humide peut résister au contact avec l'eau et également à des contraintes mécaniques importantes. Un exemple d'isolation humide est la mousse syntactique. Inversement, l'isolation sèche ne doit pas être en contact avec l'eau et ne peut pas supporter de contraintes mécaniques importantes, et doit donc être protégée à la fois mécaniquement et chimiquement. Un exemple d'isolation sèche est un aérogel.Thermal insulation material used in underwater pipelines falls into one of two categories known in the art as wet insulation and dry insulation. Wet insulation can withstand contact with water and also high mechanical stress. An example of damp insulation is syntactic foam. Conversely, dry insulation must not be in contact with water and cannot withstand significant mechanical stresses, and therefore must be protected both mechanically and chemically. An example of dry insulation is an airgel.

En termes d'isolation thermique, l'isolation sèche est connue pour être plus efficace que l'isolation humide et est souvent utilisée lorsque le pipeline comprend un boîtier externe de protection, tel que le tuyau externe d'un ensemble PiP. Par exemple, le document WO 2006/133155 décrit l'utilisation d'une isolation à base d'aérogel dans un espace annulaire PiP. Dans le document US 7226243, des entretoises dédiées permettent l'insertion d'une couche d'isolation à base d'aérogel plus fragile. Une tôle d'acier peut également protéger une couche d'isolation microporeuse.In terms of thermal insulation, dry insulation is known to be more effective than wet insulation and is often used when the pipeline includes a protective outer casing, such as the outer pipe of a PiP assembly. For example, document WO 2006/133155 describes the use of airgel-based insulation in a PiP annular space. In document US 7226243, dedicated spacers allow the insertion of a more fragile airgel-based insulation layer. A steel sheet can also protect a layer of microporous insulation.

Le document US 2009/301596 décrit un système d'isolation thermique pour un ensemble PiP. Une couche intérieure de matériau d'isolation thermique, tel qu'un aérogel, est placée autour d'un tuyau intérieur de l'ensemble et est ensuite recouverte d'une couche de protection pour une protection mécanique. La couche de protection protège la couche intérieure fragile contre les dommages lors de l'insertion du tuyau intérieur isolé dans le tuyau extérieur de l'ensemble PiP. Des entretoises ou supports s'étendent entre le tuyau intérieur et la couche de protection ou le tuyau extérieur. En service, l'espace annulaire est protégé par le tuyau extérieur et n'est donc pas soumis à une pression hydrostatique.Document US 2009/301596 describes a thermal insulation system for a PiP assembly. An inner layer of thermal insulation material, such as an airgel, is placed around an inner pipe of the assembly and then covered with a protective layer for mechanical protection. The protective layer protects the fragile inner layer from damage when inserting the insulated inner pipe into the outer pipe of the PiP assembly. Spacers or supports extend between the inner pipe and the protective layer or the outer pipe. In service, the annular space is protected by the outer pipe and is therefore not subject to hydrostatic pressure.

L'isolation thermique multicouche de pipelines combinant des matériaux chimiquement compatibles est connue en l’état de l'art. Par exemple dans le document WO 2010/009559, une première couche d'isolation thermique comprend du polypropylène et une deuxième couche d'isolation thermique comprend du polybutylène.Multi-layer thermal insulation of pipelines combining chemically compatible materials is known in the state of the art. For example in document WO 2010/009559, a first thermal insulation layer comprises polypropylene and a second thermal insulation layer comprises polybutylene.

Le document WO 2008/017147 décrit un système d'isolation thermique qui comprend une couche intérieure d'isolation thermique haute performance qui est relativement faible mécaniquement, recouverte d'une couche extérieure qui a une plus grande résistance mécanique. La couche intérieure est typiquement constituée d'un matériau isolant microporeux tandis que la couche extérieure est typiquement en mousse polymère. Cependant, la pression hydrostatique pourrait dévier la couche externe et ainsi écraser la couche interne. À cet égard, une enveloppe extérieure étanche peut être prévue autour du système d'isolation mais une telle enveloppe ne serait pas suffisamment résistante à la pression hydrostatique à grande profondeur.Document WO 2008/017147 describes a thermal insulation system which comprises an inner layer of high performance thermal insulation which is relatively weak mechanically, covered with an outer layer which has greater mechanical strength. The inner layer is typically made of a microporous insulating material while the outer layer is typically made of polymeric foam. However, hydrostatic pressure could deflect the outer layer and thus crush the inner layer. In this respect, a sealed outer envelope can be provided around the insulation system, but such an envelope would not be sufficiently resistant to hydrostatic pressure at great depth.

Le document CN 102705595 enseigne également un tuyau ayant une structure d'isolation en sandwich qui comprend une première couche d'aérogel et une seconde couche polymère. Un tuyau similaire avec une couche d'aérogel de silice et une couche polymère est utilisé comme tuyau intérieur d'un ensemble PiP dans le document CN 204328250.CN 102705595 also teaches a pipe having a sandwich insulation structure which includes a first airgel layer and a second polymer layer. A similar pipe with a layer of silica airgel and a polymer layer is used as the inner pipe of a PiP assembly in CN 204328250.

Les documents US 4921018 et US 5722462 décrivent un tuyau isolé thermiquement entouré d'un boîtier extérieur qui est espacé du tuyau intérieur par des cloisons. De même, le document WO 99/05447 décrit un tuyau isolé dans lequel un tuyau intérieur est entouré d'une mousse syntactique qui est enfermée par un tuyau extérieur.US 4921018 and US 5722462 describe a thermally insulated pipe surrounded by an outer casing which is spaced from the inner pipe by partitions. Likewise, document WO 99/05447 describes an insulated pipe in which an inner pipe is surrounded by a syntactic foam which is enclosed by an outer pipe.

Les documents WO 99/05447 et US 2003/127148 décrivent des tuyaux isolés dans lesquels un tuyau intérieur est isolé par une mousse syntactique ou un élément syntactique. Le matériau isolant est ensuite entouré d'un boîtier extérieur. Le document CN 105299334 décrit un tuyau isolé dans lequel le tuyau intérieur est isolé par une couche de polyuréthane.Documents WO 99/05447 and US 2003/127148 describe insulated pipes in which an inner pipe is insulated by a syntactic foam or a syntactic element. The insulating material is then surrounded by an outer casing. Document CN 105299334 describes an insulated pipe in which the inner pipe is insulated with a layer of polyurethane.

Depuis de nombreuses années, l'adoption d'un ensemble PiP est la solution par défaut en l’état de l'art face au besoin d'une isolation thermique efficace d'un pipeline installé à grande profondeur. Cependant, pour certaines applications sous-marines, il serait avantageux d'adopter un tuyau à paroi unique si un système d'isolation thermique convenablement efficace et résistant à la pression était disponible. Cela pourrait éviter le coût, le poids et la complexité d'un ensemble PiP dans de telles applications.For many years, the adoption of a PiP assembly has been the default state-of-the-art solution to the need for effective thermal insulation of a pipeline installed at great depth. However, for some subsea applications it would be advantageous to adopt a single wall pipe if a suitably effective and pressure resistant thermal insulation system were available. This could avoid the cost, weight and complexity of a PiP assembly in such applications.

Dans ce contexte, l'invention propose un tuyau sous-marin à isolation thermique, comprenant : un tuyau d'écoulement interne rigide ; une isolation humide disposée autour du tuyau d'écoulement ; des structures de pont espacées qui s'étendent radialement du tuyau d'écoulement vers l'isolation humide afin de maintenir l'isolation humide à l'écart du tuyau d'écoulement, définissant ainsi un espace annulaire entre le tuyau d'écoulement et l'isolation humide ; et une isolation sèche disposée entre les structures de pont dans l'espace annulaire. L'isolation sèche peut ainsi être scellée dans une enceinte étanche à l'intérieur de l'espace annulaire.In this context, the invention proposes a thermally insulated underwater pipe, comprising: a rigid internal flow pipe; wet insulation disposed around the drainpipe; spaced bridge structures that extend radially from the drainpipe to the wet insulation to hold the wet insulation away from the drainpipe, thereby defining an annular space between the drainpipe and the damp insulation; and dry insulation disposed between the bridge structures in the annular space. The dry insulation can thus be sealed in a sealed enclosure inside the annular space.

Les structures de pont sont convenablement constituées d'un matériau d'isolation humide, ou d'un matériau chimiquement compatible avec l'isolation humide, ou bien du même matériau que l'isolation humide. Les structures de pont sont convenablement espacées longitudinalement le long du tuyau d'écoulement.The bridge structures are suitably made of a wet insulation material, or a material chemically compatible with the wet insulation, or the same material as the wet insulation. The bridge structures are suitably spaced longitudinally along the flow pipe.

L'isolation sèche peut être en contact avec l'isolation humide. Par exemple, l'isolation sèche peut remplir l'espace annulaire sensiblement complètement. Alternativement, l'isolation humide peut être espacée de l'isolation sèche, par exemple avec un espacement entre l'isolation humide et l'isolation sèche inférieur à 1 mm.Dry insulation can be in contact with wet insulation. For example, the dry insulation can fill the annular space substantially completely. Alternatively, the wet insulation can be spaced from the dry insulation, for example with a spacing between the wet insulation and the dry insulation of less than 1 mm.

Avantageusement, l'isolation humide est liée aux structures de pont, par exemple en étant fusionnée aux structures de pont. À cet effet, les structures de pont et/ou l'isolation humide peuvent comprendre des éléments de soudage chauffants.Advantageously, the wet insulation is bonded to the deck structures, for example by being fused to the deck structures. For this purpose, the bridge structures and/or the wet insulation may include heated welding elements.

Une couche anti-corrosion peut être prévue entre l'isolation sèche et le tuyau d'écoulement. Une telle couche peut également favoriser le collage des structures de pont sur le tuyau d'écoulement.An anti-corrosion layer can be provided between the dry insulation and the drain pipe. Such a layer can also promote bonding of bridge structures to the flow pipe.

L'isolation humide peut convenablement définir une surface extérieure exposée du tuyau. Cependant, une gaine étanche ou de protection peut être placée autour de l'isolation humide.The wet insulation may suitably define an exposed exterior surface of the pipe. However, a waterproof or protective sheath can be placed around the damp insulation.

Une couche de renfort peut soutenir l'isolation humide. Une telle couche de renfort s'étend de manière appropriée entre les structures de pont et peut s'étendre en continu au-delà des structures de pont ou être interrompue par les structures de pont.A reinforcement layer can support the wet insulation. Such a reinforcement layer suitably extends between the deck structures and may extend continuously beyond the deck structures or be interrupted by the deck structures.

La couche de renfort peut se situer radialement à l'intérieur de l'isolation humide, par exemple entre l'isolation humide et les structures de pont ou à l'intérieur de l'espace annulaire. Alternativement, la couche de renfort peut être noyée dans l'isolation humide.The reinforcement layer can be located radially inside the wet insulation, for example between the wet insulation and the bridge structures or inside the annular space. Alternatively, the reinforcement layer can be embedded in the damp insulation.

L'isolation sèche peut être en contact avec la couche de renfort ou espacée de la couche de renfort, par exemple avec un espacement entre l'isolation sèche et la couche de renfort inférieur à 1 mm.The dry insulation can be in contact with the reinforcement layer or spaced from the reinforcement layer, for example with a spacing between the dry insulation and the reinforcement layer of less than 1 mm.

L'isolation humide peut être choisie parmi, ou comprendre : une mousse syntactique ; du polypropylène ; du polyuréthane ; ou d'autres polymères. Inversement, l'isolation sèche peut être choisie parmi, ou comprendre : un matériau microporeux ; un aérogel ; de l'Izoflex (marque déposée) ; de la laine de roche ; ou une mousse polymère.The wet insulation can be selected from, or include: syntactic foam; polypropylene; polyurethane; or other polymers. Conversely, the dry insulation can be selected from, or include: a microporous material; an airgel; Izoflex (registered trademark); rock wool; or a polymeric foam.

Avantageusement, un tuyau d'écoulement à simple paroi peut être capable, isolément, de supporter sensiblement la totalité de la pression intérieure, de la pression extérieure, des charges axiales et des moments de flexion auxquels le tuyau sera soumis lors de son installation ou de son utilisation. Un chemin de charge s'étend convenablement de l'isolation humide au tuyau d'écoulement par l'intermédiaire des structures de pont. L'isolation sèche peut être sensiblement découplée de ce chemin de charge.Advantageously, a single wall drainpipe may be capable, in isolation, of supporting substantially all of the internal pressure, external pressure, axial loads and bending moments to which the pipe will be subjected during installation or its use. A load path suitably extends from the wet insulation to the drain pipe via the bridge structures. The dry insulation can be substantially decoupled from this load path.

Le concept inventif englobe également un procédé de fabrication d'un tuyau sous-marin à isolation thermique. Le procédé comprend : la fixation de structures de pont espacées et s'étendant radialement sur un tuyau d'écoulement interne rigide ; le placement d'une isolation sèche autour du tuyau d'écoulement entre les structures ; l'assemblage du tuyau d'écoulement avec une isolation humide qui entoure le tuyau d'écoulement et qui est maintenu à l'écart du tuyau d'écoulement par les structures de pont afin de définir un espace annulaire entre le tuyau d'écoulement et l'isolation humide permettant d'encapsuler l'isolation sèche ; et le collage de l'isolation humide aux structures de pont.The inventive concept also encompasses a method of manufacturing a thermally insulated underwater pipe. The method includes: attaching spaced apart radially extending bridge structures to a rigid internal flow pipe; placement of dry insulation around the drain pipe between structures; assembling the drainpipe with wet insulation that surrounds the drainpipe and is held away from the drainpipe by the bridge structures to define an annular space between the drainpipe and wet insulation to encapsulate the dry insulation; and bonding wet insulation to deck structures.

L'isolation sèche peut, commodément, être placée autour du tuyau d'écoulement avant l'assemblage du tuyau d'écoulement avec l'isolation humide afin de définir l'espace annulaire autour de l'isolation sèche.The dry insulation may conveniently be placed around the drainpipe prior to assembly of the drainpipe with the wet insulation to define the annular space around the dry insulation.

L'isolation humide peut être liée aux structures par soudage à une interface mutuelle. Par exemple, le matériau de l'isolation humide et des structures de pont peut être fondu par chauffage d'au moins un élément chauffant positionné au niveau de l'interface mutuelle ou adjacent à celle-ci.Wet insulation can be bonded to structures by welding at a mutual interface. For example, the material of the wet insulation and bridge structures can be melted by heating at least one heating element positioned at or adjacent to the mutual interface.

En résumé, un pipeline sous-marin de l'invention comprend une conduite d'écoulement rigide permettant de transporter des fluides tels que des fluides de production d'hydrocarbures. La conduite d'écoulement est capable de supporter les charges mécaniques auxquelles le pipeline sera soumis lors de son installation et de son utilisation, à savoir la pression interne et externe, des charges axiales et des moments de flexion. L'invention se caractérise par un système ou une couche d'isolation thermique externe qui entoure la conduite d'écoulement.In summary, a subsea pipeline of the invention includes a rigid flowline for transporting fluids such as hydrocarbon production fluids. The flow line is capable of withstanding the mechanical loads to which the pipeline will be subjected during its installation and use, namely internal and external pressure, axial loads and bending moments. The invention is characterized by an external thermal insulation system or layer which surrounds the flow line.

Le système d'isolation thermique de l'invention comprend une couche la plus interne de matériau d'isolation sèche qui atteint des performances d'isolation thermique élevées ou une faible conductivité thermique. La couche d'isolation thermique comprend en outre une couche la plus externe qui offre une performance d'isolation thermique inférieure mais agit comme une barrière à l'eau de mer afin de protéger ou d'encapsuler la couche de matériau d'isolation sèche dans une chambre ou une enceinte scellée, sensiblement étanche. La couche la plus externe comprend une couche de matériau de revêtement humide.The thermal insulation system of the invention comprises an innermost layer of dry insulation material which achieves high thermal insulation performance or low thermal conductivity. The thermal insulation layer further includes an outermost layer which provides inferior thermal insulation performance but acts as a seawater barrier to protect or encapsulate the dry insulation material layer in a sealed, substantially airtight chamber or enclosure. The outermost layer includes a layer of wet coating material.

La couche la plus interne de matériau d'isolation sèche est régulièrement espacée entre les ponts de matériau de revêtement humide. Ces ponts fournissent une surface externe pour relier la couche la plus externe à la conduite d'écoulement rigide, par exemple par fusion ou collage.The innermost layer of dry insulation material is evenly spaced between the bridges of wet facing material. These bridges provide an outer surface to connect the outermost layer to the rigid flowline, for example by fusion or bonding.

La couche externe de matériau de revêtement humide atteint une performance d'isolation thermique standard qui s'ajoute à la performance d'isolation thermique obtenue par la couche interne de matériau d'isolation sèche. Cette agrégation synergique permet à l'invention d'atteindre une valeur U comprise entre 1 W/m2/K et 2,5 W/m²/K. Une telle valeur U n'est pas réalisable au moyen d'un seul tuyau standard avec un revêtement humide, qui a une valeur U typique supérieure à 2,5 W/m²/K.The outer layer of wet facing material achieves a standard thermal insulation performance which is in addition to the thermal insulation performance achieved by the inner layer of dry insulation material. This synergistic aggregation allows the invention to achieve a U value of between 1 W/m 2 /K and 2.5 W/m ² /K. Such a U-value is not achievable by means of a single standard pipe with a wet coating, which has a typical U-value greater than 2.5 W/m ² /K.

Alors que le système d'isolation thermique de l'invention aura sa propre résistance mécanique, la conduite d'écoulement ne dépend pas de la présence ou de la contribution du système d'isolation thermique pour soutenir les charges mécaniques auxquelles le pipeline sera soumis lors de son service. Le système d'isolation thermique de l'invention doit donc être distingué du tuyau extérieur d'un ensemble PiP, dont la présence est nécessaire pour augmenter la résistance mécanique du tuyau intérieur de l'ensemble PiP afin que l'ensemble PiP dans son ensemble ait la résistance mécanique requise.While the thermal insulation system of the invention will have its own mechanical strength, the flow line does not depend on the presence or contribution of the thermal insulation system to sustain the mechanical loads to which the pipeline will be subjected during of his service. The thermal insulation system of the invention must therefore be distinguished from the outer pipe of a PiP assembly, the presence of which is necessary to increase the mechanical strength of the inner pipe of the PiP assembly so that the PiP assembly as a whole has the required mechanical strength.

Des modes de réalisation de l'invention fournissent une structure d'isolation thermique pour tuyau sous-marin, comprenant : au moins une couche d'isolation sèche intérieure autour du tuyau ; au moins une couche d'isolation humide au-dessus de la couche d'isolation sèche ; et des moyens de pontage s'étendant entre le tuyau et la couche d'isolation humide. Les moyens de pontage peuvent être situés dans un plan transversal.Embodiments of the invention provide a thermal insulation structure for a subsea pipe, comprising: at least one inner dry insulation layer around the pipe; at least one wet insulation layer above the dry insulation layer; and bridging means extending between the pipe and the wet insulation layer. The bridging means can be located in a transverse plane.

Une couche anticorrosion et/ou de liaison peut être présente entre la paroi du tuyau et la couche intérieure.An anti-corrosion and/or bonding layer may be present between the pipe wall and the inner layer.

La couche d'isolation sèche est convenablement située à l'intérieur d'un espace annulaire défini entre la paroi extérieure du tuyau et la couche d'isolation humide. L'espace annulaire est défini par les moyens de pontage qui maintiennent la couche d'isolation humide à distance du tuyau.The dry insulation layer is suitably located within an annular space defined between the outer wall of the pipe and the wet insulation layer. The annular space is defined by the bridging means which maintains the wet insulation layer away from the pipe.

Les moyens de pontage peuvent être liés à la couche d'isolation humide par fusion ou liaison chimique. De préférence, les moyens de pontage sont constitués du même matériau que la couche d'isolation humide.The bridging means can be bonded to the wet insulation layer by fusion or chemical bonding. Preferably, the bridging means are made of the same material as the wet insulation layer.

Les moyens de pontage et/ou la couche d'isolation humide peuvent contenir des câbles chauffants électriques pour la liaison par fusion des moyens de pontage avec la couche d'isolation humide.The bridging means and/or wet insulation layer may contain electric heating cables for fusion bonding the bridging means to the wet insulation layer.

La couche d'isolation sèche est convenablement un matériau microporeux tel qu'un aérogel ou un matériau microporeux à base de silice.The dry insulation layer is suitably a microporous material such as an airgel or a microporous silica-based material.

La couche d'isolation humide est convenablement constituée d'un polymère tel que le polypropylène ou le polyuréthane et peut comprendre au moins une couche polymère. La couche d'isolation humide peut également être constituée d'une mousse syntactique comprenant des perles encapsulées dans une mousse ou une matrice polymère.The wet insulation layer is suitably made of a polymer such as polypropylene or polyurethane and may comprise at least one polymer layer. The wet insulation layer can also be made of a syntactic foam comprising beads encapsulated in a foam or polymer matrix.

Une couche ou une enveloppe de protection mécanique peut encapsuler la couche d'isolation humide.A mechanical protection layer or shroud may encapsulate the wet insulation layer.

Pour faciliter la compréhension de l’invention, on se référera maintenant, à titre d’exemple, aux dessins joints, dans lesquels :To facilitate understanding of the invention, reference will now be made, by way of example, to the attached drawings, in which:

La figure 1 est une vue latérale schématique d'un tuyau sous-marin de l'invention en coupe longitudinale, montrant une couche d'isolation sèche disposée dans un espace annulaire défini entre un tuyau intérieur et une couche d'isolation humide et maintenue par des structures de pont espacées longitudinalement ; Figure 1 is a schematic side view of a subsea pipe of the invention in longitudinal section, showing a layer of dry insulation disposed in an annular space defined between an inner pipe and a layer of wet insulation and held by longitudinally spaced deck structures;

La figure 2 correspond à la figure 1 mais montre la couche d'isolation humide supportée par une couche de renfort continue ; Figure 2 corresponds to Figure 1 but shows the wet insulation layer supported by a continuous reinforcing layer;

La figure 3 correspond à la figure 2 mais montre la couche de renfort interrompue longitudinalement par les structures de pont qui maintiennent l'espace annulaire entre le tuyau intérieur et la couche d'isolation humide ; Figure 3 corresponds to Figure 2 but shows the reinforcement layer longitudinally interrupted by the bridge structures which maintain the annular space between the inner pipe and the wet insulation layer;

La figure 4 correspond à la figure 1 mais montre des éléments de renfort noyés dans la couche d'isolation humide ; Figure 4 corresponds to Figure 1 but shows reinforcing elements embedded in the wet insulation layer;

La figure 5 correspond à la figure 1 mais montre une couche extérieure de protection autour de la couche d'isolation humide ; Figure 5 corresponds to Figure 1 but shows an outer protective layer around the wet insulation layer;

La figure 6 correspond à la figure 1 mais montre une couche anticorrosion et/ou de liaison entre le tuyau intérieur et la couche d'isolation sèche ; et Figure 6 corresponds to Figure 1 but shows an anticorrosion and/or bonding layer between the inner pipe and the dry insulation layer; and

Les figures 7a, 7b et 7c correspondent à la figure 1 mais montrent des éléments chauffants électriques intégrés à l'intérieur et alignés avec les structures de pont pour le collage par fusion ou le soudage des structures de pont à la couche d'isolation humide, lorsque les éléments sont activés comme indiqué dans la figure 7c. Figures 7a, 7b and 7c correspond to Figure 1 but show electrical heating elements embedded internally and aligned with the bridge structures for fusion bonding or welding the bridge structures to the wet insulation layer, when the elements are activated as shown in Figure 7c.

Les divers modes de réalisation de l'invention représentés sur les dessins ont plusieurs caractéristiques en commun. Des chiffres identiques seront donc utilisés pour ces mêmes caractéristiques dans la description qui suit.The various embodiments of the invention shown in the drawings have several features in common. Identical figures will therefore be used for these same characteristics in the following description.

La figure 1 montre un tuyau sous-marin thermiquement isolé 10 de l'invention en coupe longitudinale. Le tuyau 10 représenté ici comprend un tuyau intérieur à paroi simple 12 en acier, qui est typiquement fabriqué à partir d'une série de joints de tuyau soudés bout à bout. Une soudure bout à bout circonférentielle 14 représentée ici entre des joints de tuyaux successifs caractérise ce procédé de fabrication. Le tuyau intérieur 12 pourrait à la place être constitué d'un matériau composite, fabriqué dans une longueur continue entre des raccords d'extrémité en acier. Comme cela est classique, le tuyau intérieur 12 peut également contenir un revêtement résistant à la corrosion mais un tel revêtement a été omis des dessins pour des raisons de simplicité.Figure 1 shows a thermally insulated underwater pipe 10 of the invention in longitudinal section. The pipe 10 shown here comprises a single wall inner pipe 12 of steel, which is typically fabricated from a series of butt-welded pipe joints. A circumferential butt weld 14 shown here between successive pipe joints characterizes this method of manufacture. The inner pipe 12 could instead be made of a composite material, fabricated in a continuous length between steel end fittings. As is conventional, the inner pipe 12 may also contain a corrosion resistant coating but such coating has been omitted from the drawings for simplicity.

Une couche d'isolation humide 16 entoure le tuyau intérieur 12 en relation concentrique autour d'un axe longitudinal central 18 commun. Comme le comprendra l'homme du métier, « humide » ne nécessite pas que la couche d'isolation humide 16 soit immergée ou autrement exposée à l'eau. Dans ce contexte, « humide » nécessite simplement que la couche d'isolation humide 16 soit adaptée à une immersion dans l'eau ou à une exposition à l'eau sans subir une réduction significative de sa capacité d'isolation thermique.A layer of damp insulation 16 surrounds inner pipe 12 in concentric relationship about a common central longitudinal axis 18. As will be understood by those skilled in the art, "wet" does not require the wet insulation layer 16 to be submerged or otherwise exposed to water. In this context, "wet" simply requires that the wet insulation layer 16 be suitable for immersion in water or exposure to water without suffering a significant reduction in its thermal insulating capacity.

La couche d'isolation humide 16 peut, par exemple, être constituée d'un polymère tel que le polypropylène ou le polyuréthane. Dans cette vue simplifiée, le polymère de la couche d'isolation humide 16 est solide et homogène sur toute l'épaisseur de la couche d'isolation humide 16.The wet insulation layer 16 can, for example, be made of a polymer such as polypropylene or polyurethane. In this simplified view, the polymer of the wet insulation layer 16 is solid and homogeneous throughout the thickness of the wet insulation layer 16.

La couche d'isolation humide 16 est espacée radialement de la surface extérieure du tuyau intérieur 12 pour définir un espace annulaire 20 continu circonférentiellement entre eux.Wet insulation layer 16 is radially spaced from the outer surface of inner pipe 12 to define a continuous annular space 20 circumferentially therebetween.

L'espacement radial entre la couche d'isolation humide 16 et le tuyau intérieur 12 est maintenu au moyen d'une série de structures de pont 22 qui sont espacées longitudinalement le long du tuyau intérieur 12 et qui agissent en combinaison comme une surface portante résistante à des charges radialement intérieures. Les structures de pont 22 s'étendent radialement entre la surface radialement extérieure du tuyau intérieur 12 et la surface radialement intérieure de la couche d'isolation humide 16. Dans cet exemple, les structures de pont 22 s'étendent en continu autour du tuyau intérieur 12 sous forme d'anneaux ou de cercles circonférentiels.The radial spacing between the wet insulation layer 16 and the inner pipe 12 is maintained by means of a series of bridge structures 22 which are longitudinally spaced along the inner pipe 12 and which in combination act as a strong bearing surface to radially internal loads. The bridge structures 22 extend radially between the radially outer surface of the inner pipe 12 and the radially inner surface of the wet insulation layer 16. In this example, the bridge structures 22 extend continuously around the inner pipe 12 in the form of circumferential rings or circles.

Les structures de pont 22 peuvent également être constituées d'un polymère tel que le polypropylène ou le polyuréthane. Dans cette vue simplifiée, le polymère est solide et homogène sur toute la section de chaque structure de pont 22. De préférence, un polymère qui constitue les structures de pont 22 est le même qu'un polymère qui constitue la couche d'isolation humide 16. Au moins, ces polymères sont de préférence compatibles entre eux et avec tout adhésif intermédiaire ou sont de préférence de la même catégorie les uns par rapport aux autres, étant donc tous les deux des polymères thermoplastiques ou thermodurcissables.Bridge structures 22 can also be made of a polymer such as polypropylene or polyurethane. In this simplified view, the polymer is strong and homogeneous over the entire cross-section of each bridge structure 22. Preferably, a polymer that constitutes the bridge structures 22 is the same as a polymer that constitutes the wet insulation layer 16 At least these polymers are preferably compatible with each other and with any intermediate adhesive or are preferably of the same category with respect to each other, thus being both thermoplastic or thermosetting polymers.

Dans les modes de réalisation illustrés, la couche d'isolation humide 16 est fixée aux structures de pont 22, par exemple en étant liée aux structures de pont 22 et/ou en étant mécaniquement en prise avec les structures de pont 22. Le collage peut être effectué de manière adhésive, donc au moyen d'une couche intermédiaire d'adhésif, ou par fusion et donc par soudage impliquant une fusion, un entremêlement et une re-solidification au niveau d'une interface mutuelle.In the illustrated embodiments, the wet insulation layer 16 is attached to the bridge structures 22, such as by being bonded to the bridge structures 22 and/or by being mechanically engaged with the bridge structures 22. Bonding may be carried out adhesively, therefore by means of an intermediate layer of adhesive, or by fusion and therefore by welding involving fusion, intermingling and re-solidification at a mutual interface.

Les structures de pont 22 sont également fixées au tuyau intérieur 12, par exemple en étant collées au tuyau intérieur 12 ou fondues sur celui-ci. En principe, les structures de pont 22 pourraient à la place, ou en plus, être fixées mécaniquement au tuyau intérieur 12, par exemple par serrage.The bridge structures 22 are also fixed to the inner pipe 12, for example by being glued to the inner pipe 12 or melted thereon. In principle, the bridge structures 22 could instead, or in addition, be mechanically fixed to the inner pipe 12, for example by clamping.

La fixation de la couche d'isolation humide 16 aux structures de pont 22 et la fixation des structures de pont 22 au tuyau intérieur 12 ont pour effet de transférer toutes les charges mécaniques, et pas seulement les charges radiales, de la couche d'isolation humide 16 au tuyau intérieur 12. De telles charges peuvent comprendre des charges axiales, telles que celles exercées par un système tendeur ou par le poids propre, et des moments de flexion tels que ceux subis lors de l'installation.The attachment of the wet insulation layer 16 to the deck structures 22 and the attachment of the deck structures 22 to the inner pipe 12 has the effect of transferring all mechanical loads, not just radial loads, from the insulation layer wet 16 to inner pipe 12. Such loads may include axial loads, such as those exerted by a tensioning system or self-weight, and bending moments such as those experienced during installation.

Dans les modes de réalisation illustrés, les structures de pont 22 s'effilent dans une direction radiale, par exemple dans une direction radialement extérieure comme illustré. Cette réduction de leur épaisseur minimise la conduction de chaleur à travers les structures de pont 22 entre le tuyau intérieur 12 et la couche d'isolation humide 16.In the illustrated embodiments, the bridge structures 22 taper in a radial direction, for example in a radially outward direction as illustrated. This reduction in their thickness minimizes heat conduction through the bridge structures 22 between the inner pipe 12 and the wet insulation layer 16.

Une couche d'isolation sèche 24 est disposée dans l'espace annulaire 20 sous et à l'intérieur de la couche d'isolation humide 16, donc interposée entre la couche d'isolation humide 16 et le tuyau intérieur 12. Le matériau de la couche d'isolation sèche 24 peut par exemple être un matériau microporeux tel qu'un aérogel ou de l'Izoflex (marque déposée). D'autres options pour le matériau de la couche d'isolation sèche 24 comprennent la laine de roche ou la mousse de polyuréthane. Dans ce contexte, « sèche » implique pour le lecteur expérimenté que la couche d'isolation sèche 24 perdrait une quantité substantielle de sa capacité d'isolation thermique si elle était immergée dans l'eau.A layer of dry insulation 24 is disposed in the annular space 20 below and inside the wet insulation layer 16, thus interposed between the wet insulation layer 16 and the inner pipe 12. The material of the dry insulation layer 24 can for example be a microporous material such as an airgel or Izoflex (registered trademark). Other options for the dry insulation layer 24 material include rock wool or polyurethane foam. In this context, "dry" implies to the experienced reader that the dry insulation layer 24 would lose a substantial amount of its thermal insulating ability if immersed in water.

La couche d'isolation sèche 24 repose sur, et est donc en contact avec, le tuyau intérieur 12. Inversement, un jeu radial ou entrefer 26 éventuel autour de la couche d'isolation sèche 24, entre la couche d'isolation sèche 24 et la couche d'isolation humide 16, évite tout contact entre la couche d'isolation sèche 24 et la couche d'isolation humide 16. Ainsi, les structures de pont 22 s'étendent radialement dans une plus grande mesure que l'épaisseur de la couche d'isolation sèche 24. Avantageusement, l'entrefer 26 empêche la conduction directe de chaleur entre le tuyau intérieur 12 et la couche d'isolation humide 16 à travers la couche d'isolation sèche 24. L'entrefer 26 fait typiquement moins de 1 mm dans le sens radial.The dry insulation layer 24 rests on, and is therefore in contact with, the inner pipe 12. Conversely, any radial play or air gap 26 around the dry insulation layer 24, between the dry insulation layer 24 and the wet insulation layer 16, avoids any contact between the dry insulation layer 24 and the wet insulation layer 16. Thus, the bridge structures 22 extend radially to a greater extent than the thickness of the dry insulation layer 24. Advantageously, the air gap 26 prevents direct conduction of heat between the inner pipe 12 and the wet insulation layer 16 through the dry insulation layer 24. The air gap 26 typically makes less 1 mm radially.

Plus généralement, il n'y a pas de fusion, d'adhésion ou de mise en prise mécanique entre la couche d'isolation humide 16 et la couche d'isolation sèche 24. Ainsi, avantageusement, il n'y a pas de transfert significatif de charges mécaniques de la couche d'isolation humide 16 à la couche d'isolation sèche 24. Au lieu de cela, la couche d'isolation sèche 24 est sensiblement découplée d'un chemin de charge qui s'étend de la couche d'isolation humide 16 au tuyau intérieur 12 par l'intermédiaire des structures de pont 22.More generally, there is no fusion, adhesion or mechanical engagement between the wet insulation layer 16 and the dry insulation layer 24. Thus, advantageously, there is no transfer significant amount of mechanical loads from the wet insulation layer 16 to the dry insulation layer 24. Instead, the dry insulation layer 24 is substantially decoupled from a load path that extends from the dry insulation layer 24. wet insulation 16 to inner pipe 12 via bridge structures 22.

Les figures 2, 3 et 4 montrent différentes dispositions permettant de renforcer la couche d'isolation humide 16 afin d'augmenter sa résistance mécanique. Par exemple, le renfort peut améliorer la résistance de la couche d'isolation humide 16 au flambement ou à l'effondrement radialement intérieur sous la pression hydrostatique et d'autres charges mécaniques, telles qu'elles sont exercées par un système tendeur ou par le poids propre. Le renfort peut également améliorer la rigidité ou la rigidité en flexion de la couche d'isolation humide 16 là où elle s'étend sur l'espace longitudinal entre les structures de pont successives 22.Figures 2, 3 and 4 show different arrangements for reinforcing the damp insulation layer 16 in order to increase its mechanical strength. For example, the reinforcement may improve the resistance of the wet insulation layer 16 to radially inward buckling or collapse under hydrostatic pressure and other mechanical loads, as exerted by a tensioning system or by the proper weight. The reinforcement may also improve the stiffness or flexural stiffness of the wet insulation layer 16 where it spans the longitudinal space between successive deck structures 22.

Dans le tuyau sous-marin 28 de la figure 2, la couche d'isolation humide 16 comprend une couche de renfort s'étendant longitudinalement 30 qui peut, par exemple, être métallique ou peut comprendre des fibres de verre ou des fibres de carbone. Dans cet exemple, la couche de renfort 30 est continue à la fois longitudinalement et circonférentiellement et est décalée vers, ou disposée sur, le côté radialement intérieur de la couche d'isolation humide 16. Ainsi, la couche de renfort 30 est interposée entre les structures de pont 22 et l'épaisseur restante de la couche d'isolation humide 16.In the underwater pipe 28 of Figure 2, the wet insulation layer 16 includes a longitudinally extending reinforcing layer 30 which may, for example, be metallic or may include fiberglass or carbon fiber. In this example, backing layer 30 is continuous both longitudinally and circumferentially and is offset toward, or disposed on, the radially inner side of wet insulation layer 16. Thus, backing layer 30 is interposed between the bridge structures 22 and the remaining thickness of the wet insulation layer 16.

En plus d'ajouter une résistance mécanique à la couche d'isolation humide 16, la couche de renfort continue 30 peut aider à protéger la couche d'isolation sèche 24 contre les effets du processus de fabrication qui forme la couche d'isolation humide 16, tels que les effets de la pression et dégradation thermique.In addition to adding mechanical strength to the wet insulation layer 16, the continuous backing layer 30 can help protect the dry insulation layer 24 from the effects of the manufacturing process that forms the wet insulation layer 16. , such as the effects of pressure and thermal degradation.

La figure 3 montre un tuyau sous-marin 32 dans lequel la couche de renfort 30 est à nouveau décalée vers, ou disposée sur, le côté radialement intérieur de la couche d'isolation humide 16. Dans cet exemple, la couche de renfort 30 est discontinue, étant interrompue par des espaces espacés longitudinalement alignés avec les structures de pont 22, mais est par ailleurs continue entre ces espaces. Ainsi, la couche de renfort 30 n'est plus interposée entre les structures de pont 22 et l'épaisseur restante de la couche d'isolation humide 16 ; au lieu de cela, les structures de pont 22 s'emboîtent étroitement dans et s'étendent à travers les espaces qui interrompent la couche de renfort 30, pour rejoindre l'épaisseur restante de la couche d'isolation humide 16.Figure 3 shows a subsea pipe 32 in which the reinforcing layer 30 is again offset to, or disposed on, the radially inner side of the wet insulation layer 16. In this example, the reinforcing layer 30 is discontinuous, being interrupted by longitudinally spaced spaces aligned with the bridge structures 22, but is otherwise continuous between these spaces. Thus, the reinforcement layer 30 is no longer interposed between the bridge structures 22 and the remaining thickness of the damp insulation layer 16; instead, the bridge structures 22 fit tightly into and extend through the gaps that interrupt the reinforcement layer 30, to join the remaining thickness of the wet insulation layer 16.

Il apparaîtra sur la figure 3 que la couche de renfort 30 interrompue longitudinalement est disposée dans l'espace annulaire 20 entre la couche d'isolation sèche 24 et l'épaisseur restante de la couche d'isolation humide 16. Dans cet exemple, la couche de renfort 30 occupe l'espace circonférentiel qui définit l'entrefer 26 dans d'autres modes de réalisation. Cependant, il serait également possible de prévoir un entrefer entre la couche de renfort 30 et la couche d'isolation sèche 24 dans ce mode de réalisation.It will be apparent from Figure 3 that the longitudinally interrupted reinforcing layer 30 is disposed in the annular space 20 between the dry insulation layer 24 and the remaining thickness of the wet insulation layer 16. In this example, the layer reinforcement 30 occupies the circumferential space which defines the air gap 26 in other embodiments. However, it would also be possible to provide an air gap between the reinforcement layer 30 and the dry insulation layer 24 in this embodiment.

Lorsque la couche de renfort 30 est un tube qui est séparé de la couche d'isolation humide 16, la couche de renfort 30 pourrait être assemblée autour du tuyau intérieur 12 à partir d'éléments de coque partiellement tubulaires tels que des demi-coques.Where reinforcement layer 30 is a tube that is separate from wet insulation layer 16, reinforcement layer 30 could be assembled around inner pipe 12 from part-tubular shell members such as half-shells.

Dans le tuyau sous-marin 34 de la figure 4, des éléments de renfort allongés 36 tels que des fibres ou des fils sont noyés dans une matrice polymère de la couche d'isolation humide 16. Dans cet exemple, les éléments de renfort 36 sont disposés dans une couche perforée qui est entièrement située à l'intérieur de l'épaisseur radiale de la couche d'isolation humide 16. Ainsi, la couche d'isolation humide 16 présente une surface radialement intérieure de polymère substantiellement solide et homogène pour un contact direct et une liaison efficace avec les structures de pont 22 qui s'étendent radialement à partir du tuyau intérieur 12.In the underwater pipe 34 of Fig. 4, elongated reinforcing elements 36 such as fibers or yarns are embedded in a polymer matrix of the wet insulation layer 16. In this example, the reinforcing elements 36 are disposed in a perforated layer which is located entirely within the radial thickness of the wet insulation layer 16. Thus, the wet insulation layer 16 presents a radially inner surface of substantially solid and homogeneous polymer for contact direct and effective connection with the deck structures 22 which extend radially from the inner pipe 12.

La figure 5 montre un tuyau sous-marin 38 qui a une gaine externe continue longitudinalement et circonférentiellement 40 disposée à l'extérieur de la couche d'isolation humide 16. L'enveloppe 40 peut être métallique ou en matériau polymère ou composite. L'enveloppe 40 est sensiblement imperméable à l'eau pour résister à la diffusion ou à la migration de l'eau dans et à travers la couche d'isolation humide 16 avec une immersion prolongée du tuyau en eau profonde. L'enveloppe 40 assure également une protection mécanique, par exemple contre l'abrasion ou le gougeage de la couche d'isolation humide 16 du fait de la mise en prise du tuyau 38 avec des tendeurs lors de son installation.Figure 5 shows a subsea pipe 38 which has a longitudinally and circumferentially continuous outer jacket 40 disposed outside the wet insulation layer 16. The jacket 40 may be metallic or a polymeric or composite material. Jacket 40 is substantially waterproof to resist diffusion or migration of water into and through wet insulation layer 16 with prolonged immersion of the pipe in deep water. Jacket 40 also provides mechanical protection, such as against abrasion or gouging of wet insulation layer 16 due to the engagement of pipe 38 with turnbuckles during installation.

Alors que le mode de réalisation montré en figure 5 est par ailleurs le même que celui montré en figure 1, la veste 40 de la figure 5 pourrait être combinée avec les caractéristiques de n'importe lequel des autres modes de réalisation représentés sur les dessins.While the embodiment shown in Figure 5 is otherwise the same as that shown in Figure 1, the jacket 40 of Figure 5 could be combined with the features of any of the other embodiments shown in the drawings.

La figure 6 montre un tuyau sous-marin 42 qui a une couche anti-corrosion et/ou de liaison continue 44, par exemple en époxy lié par fusion, appliquée à l'extérieur du tuyau intérieur 12. Par conséquent, la couche anti-corrosion/de liaison 44 est interposée entre la couche d'isolation sèche 24 et le matériau du corps du tuyau intérieur 12. Encore une fois, alors que le mode de réalisation montré en figure 6 est par ailleurs le même que celui montré en figure 1, la couche anti-corrosion/de liaison 44 de la figure 6 pourrait être combinée avec les caractéristiques de n'importe lequel des autres modes de réalisation représentés sur les dessins.Figure 6 shows a subsea pipe 42 which has a continuous anti-corrosion and/or bonding layer 44, such as fusion bonded epoxy, applied to the exterior of the inner pipe 12. Accordingly, the anti-corrosion layer corrosion/bonding 44 is interposed between the dry insulation layer 24 and the inner pipe body material 12. Again, while the embodiment shown in Figure 6 is otherwise the same as that shown in Figure 1 , the anti-corrosion/bonding layer 44 of Figure 6 could be combined with the features of any of the other embodiments shown in the drawings.

En se tournant finalement vers les figures 7a à 7c, ces dessins montrent une technique permettant de fabriquer un tuyau sous-marin 46 en liant par fusion la couche d'isolation humide 16 aux structures de pont 22 après assemblage. Tout d'abord, comme le montre la figure 7a, les structures de pont 22 espacées longitudinalement sont liées au tuyau intérieur 12. Ensuite, une couche 24 discontinue longitudinalement mais continue circonférentiellement de matériau d'isolation sèche est placée autour du tuyau intérieur 12 entre les structures de pont 22 faisant saillie radialement. On notera que des éléments chauffants électriques 48 sont noyés dans les structures de pont 22.Turning finally to Figures 7a-7c, these drawings show a technique for fabricating a subsea pipe 46 by fusion bonding the wet insulation layer 16 to the deck structures 22 after assembly. First, as shown in Figure 7a, the longitudinally spaced bridge structures 22 are bonded to the inner pipe 12. Next, a longitudinally discontinuous but circumferentially continuous layer 24 of dry insulation material is placed around the inner pipe 12 between the bridge structures 22 projecting radially. It will be noted that electric heating elements 48 are embedded in the bridge structures 22.

Ensuite, comme montré sur la figure 7b, le tuyau intérieur 12 portant les structures de pont 22 et la couche d'isolation sèche 24 est inséré dans un tube continu du matériau d'isolation humide qui forme la couche d'isolation humide 16. En variante, mais de manière moins préférée, la couche d'isolation humide tubulaire 16 pourrait, en principe, être assemblée à partir de pièces partiellement tubulaires autour du tuyau intérieur 12, des structures de pont 22 et de la couche d'isolation sèche 24. On notera que les éléments chauffants électriques 48 sont également noyés dans la couche d'isolation humide 16 en alignement longitudinal avec les structures de pont 22.Next, as shown in Figure 7b, the inner pipe 12 carrying the bridge structures 22 and the dry insulation layer 24 is inserted into a continuous tube of wet insulation material which forms the wet insulation layer 16. Alternatively, but less preferably, the tubular wet insulation layer 16 could, in principle, be assembled from part-tubular parts around the inner pipe 12, the bridge structures 22 and the dry insulation layer 24. Note that the electrical heating elements 48 are also embedded in the wet insulation layer 16 in longitudinal alignment with the bridge structures 22.

La figure 7c montre alors les éléments chauffants électriques 48 activés en faisant passer un courant électrique à travers eux ou en induisant un courant électrique en eux. En conséquence, le chauffage résistif des éléments chauffants 48 fait fondre le polymère thermoplastique environnant des structures de pont 22 et de la couche d'isolation humide 16. Le polymère fondu des structures de pont 22 et de la couche d'isolation humide 16 s'entremêle au niveau de leur interface mutuelle. Lorsque les éléments chauffants électriques 48 sont désactivés en coupant le courant électrique, l'interface fondue se refroidit et se solidifie pour souder la couche d'isolation humide 16 aux structures de pont 22.Figure 7c then shows the electric heating elements 48 activated by passing an electric current through them or by inducing an electric current in them. Accordingly, the resistive heating of the heating elements 48 melts the surrounding thermoplastic polymer of the bridge structures 22 and the wet insulation layer 16. The molten polymer of the bridge structures 22 and the wet insulation layer 16 intertwine at their mutual interface. When the electrical heating elements 48 are turned off by turning off the electrical current, the molten interface cools and solidifies to weld the wet insulation layer 16 to the bridge structures 22.

Différentes techniques peuvent être utilisées pour activer les éléments chauffants électriques 48, par exemple en reliant une alimentation électrique aux bornes exposées ou par induction électromagnétique à l'aide d'une bobine adjacente. Ces techniques n'ont pas besoin d'être expliquées ici car elles sont bien comprises en l’état de l'art, en particulier pour la liaison par fusion de ponts de revêtement en polymère à travers des joints de champ lors de la fabrication d'un pipeline revêtu de polymère.Various techniques can be used to activate the electrical heating elements 48, such as by connecting a power supply to the exposed terminals or by electromagnetic induction using an adjacent coil. These techniques need not be explained here as they are well understood in the state of the art, particularly for fusion bonding polymer liner bridges across field joints during fabrication of a polymer coated pipeline.

Alors que les figures 7a à 7c montrent que les structures de pont 22 et la couche d'isolation humide 16 ont toutes les deux des éléments chauffants électriques 48 intégrés, il serait possible que seules les structures de pont 22 ou seulement la couche d'isolation humide 16 aient de tels éléments intégrés 48. En variante, les éléments 48 peuvent être seulement partiellement noyés dans ou peuvent reposer à proximité des structures de pont 22 et/ou de la couche d'isolation humide 16. Ainsi, les éléments 48 peuvent être positionnés à l'interface entre les structures de pont 22 et la couche d'isolation humide 16.While Figures 7a-7c show that the bridge structures 22 and the wet insulation layer 16 both have electrical heating elements 48 integrated, it would be possible that only the bridge structures 22 or only the insulation layer 16 have such integral elements 48. Alternatively, elements 48 may be only partially embedded in or may lie adjacent to bridge structures 22 and/or wet insulation layer 16. Thus, elements 48 may be positioned at the interface between the bridge structures 22 and the damp insulation layer 16.

Encore une fois, alors que le mode de réalisation montré en figures 7a à 7c est par ailleurs le même que celui montré en figure 1, les éléments chauffants 48 des figures 7a à 7c pourraient être combinés avec les caractéristiques de n'importe lequel des autres modes de réalisation représentés sur les dessins.Again, while the embodiment shown in Figures 7a-7c is otherwise the same as that shown in Figure 1, the heating elements 48 of Figures 7a-7c could be combined with the features of any of the other embodiments shown in the drawings.

De nombreuses variantes sont possibles dans le concept de l’invention. Par exemple, un polymère de la couche d'isolation humide et/ou des structures de pont peut être moussé ou peut contenir, incorporer ou encapsuler des fibres de renfort et/ou des particules, des sphères ou des perles thermiquement isolantes. Si elle n'est pas solide et homogène sur toute leur épaisseur, la couche d'isolation humide et/ou les structures de pont peuvent néanmoins comprendre une couche externe de polymère solide et homogène. Par exemple, la couche d'isolation humide peut comprendre au moins une couche de polymère solide et homogène sur au moins une surface radialement intérieure et éventuellement également sur une surface radialement extérieure.Many variations are possible in the concept of the invention. For example, a polymer of the wet insulation layer and/or bridge structures may be foamed or may contain, incorporate or encapsulate reinforcing fibers and/or thermally insulating particles, spheres or beads. If it is not solid and homogeneous throughout their thickness, the wet insulation layer and/or the bridge structures may nevertheless comprise an outer layer of solid and homogeneous polymer. For example, the wet insulation layer can comprise at least one solid and homogeneous polymer layer on at least one radially inner surface and optionally also on a radially outer surface.

La couche d'isolation sèche peut être scellée dans une enceinte étanche à l'eau dans l'espace annulaire pour atténuer toute migration d'eau de mer à travers la couche d'isolation humide due à la diffusion. Dans une autre option, la couche d'isolation sèche pourrait être injectée dans l'espace annulaire situé entre le tuyau intérieur et l'isolation humide après avoir assemblé le tuyau intérieur et l'isolation humide.The dry insulation layer may be sealed in a watertight enclosure in the annular space to mitigate any migration of seawater through the wet insulation layer due to diffusion. Alternatively, the dry insulation layer could be injected into the annular space between the inner pipe and the wet insulation after joining the inner pipe and the wet insulation.

Les structures des ponts pourraient prendre d'autres formes. Par exemple, les structures de pont n'ont pas besoin de s'étendre en continu autour du tuyau intérieur ou de s'étendre circonférentiellement autour du tuyau intérieur. Les structures de pont pourraient à la place être interrompues ou définies par des saillies ou des piliers isolés qui sont espacés circonférentiellement et/ou longitudinalement autour du tuyau intérieur et le long de celui-ci. Dans d'autres agencements, les structures de pont pourraient plutôt être des arêtes, des ailettes ou des brides qui s'étendent longitudinalement ou hélicoïdalement le long du tuyau intérieur.Bridge structures could take other forms. For example, bridge structures need not extend continuously around the inner pipe or extend circumferentially around the inner pipe. The bridge structures could instead be interrupted or defined by isolated projections or pillars which are spaced circumferentially and/or longitudinally around and along the inner pipe. In other arrangements, the bridge structures could instead be ridges, fins, or flanges that run longitudinally or helically along the inner pipe.

Claims

Thermally insulated underwater pipe (10), comprising:
- a flow pipe (12) internal rigid;
- a wet insulation (16) arranged around the flow pipe (12);
- spaced bridge structures (22) which are spaced longitudinally along the drain pipe (12) and which extend radially from the drain pipe (12) towards the wet insulation (16) in order to maintain the wet insulation (16) outside the drainpipe (12), thereby defining an annular space between the drainpipe (12) and the wet insulation (16);
- the wet insulation (16) being bonded to the structures (22);
- the bridge structures are made of the same material as the damp insulation; and
- a dry insulation (24) is arranged between the bridge structures (22) in the annular space.

A pipe according to any preceding claim, wherein the dry insulation (24) is in contact with the wet insulation (16).

A pipe according to claim 2, wherein the dry insulation (24) fills the annular space substantially completely.

A pipe according to claim 1, wherein the wet insulation (16) is spaced from the dry insulation (24).

Pipe according to claim 4, in which the spacing between the wet insulation (16) and the dry insulation (24) is less than 1 mm.

A pipe according to any preceding claim, wherein the wet insulation (16) is fused to the bridge structures (22).

Pipe according to claim 6, wherein the bridge structures (22) and/or the wet insulation (16) comprise heatable welding elements.

A pipe according to any preceding claim, wherein the wet insulation (16) defines an exposed exterior surface of the pipe.

A pipe as claimed in any one of claims 1 to 7, further comprising a waterproof wrapper (40) around the wet insulation (16).

A pipe according to any preceding claim, further comprising an anti-corrosion and bonding layer (44) located between the dry insulation (24) and the flow pipe (12).

A pipe according to any preceding claim, wherein the dry insulation (24) is sealed in a watertight enclosure within the annular space.

A pipe according to any preceding claim, further comprising a reinforcing layer (30) supporting the wet insulation (16).

A pipe according to claim 12, wherein the reinforcing layer (30) extends between the bridge structures (22).

A pipe according to claim 13, wherein the reinforcing layer (30) extends continuously beyond the bridge structures (22).

Pipe according to claim 13, wherein the reinforcement layer (30) is interrupted by the bridge structures (22).

A pipe as claimed in any one of claims 12 to 15, wherein the reinforcing layer (30) lies radially within the wet insulation (16).

A pipe according to claim 16, wherein the reinforcing layer (30) is between the wet insulation (16) and the bridge structures (22).

A pipe according to claim 16, wherein the reinforcing layer (30) is inside the annular space.

Pipe according to any one of claims 12 to 15, in which the reinforcing layer (30) is embedded in the wet insulation (16).

A pipe according to any of claims 12 to 18, wherein the dry insulation (24) is in contact with the reinforcing layer (30).

A pipe according to any of claims 12 to 19, wherein the dry insulation (24) is spaced from the reinforcing layer (30).

Pipe according to Claim 21, in which the spacing between the dry insulation (24) and the reinforcing layer (30) is less than 1 mm.

A pipe according to any preceding claim, wherein the wet insulation (16) is selected from or comprises: syntactic foam; polypropylene; polyurethane; or other polymers.

A pipe according to any preceding claim, wherein the dry insulation (24) is selected from or comprises: a microporous material; an airgel; Izoflex (registered trademark); rock wool; or a polymeric foam.

A pipe according to any preceding claim, wherein the flow pipe (12) is capable, in isolation, of withstanding substantially all internal pressures, external pressures, axial loads and bending moments to which the pipe (12 ) will be submitted during its installation or use.

A pipe according to any preceding claim, wherein a load path extends from the wet insulation (16) to the flow pipe (12) through the bridge structures (22).

A pipe according to claim 26, wherein the dry insulation (24) is substantially decoupled from said load path.

A method of making a thermally insulated underwater pipe (10), the method comprising:
- attaching spaced and radially extending bridge structures (22) to a rigid inner flow pipe (12) such that the bridge structures (22) are longitudinally spaced along the flow pipe (12 );
- placement of dry insulation (24) around the drain pipe (12) between the bridge structures (22);
- the assembly of the drain pipe (12) with a wet insulation (16) which surrounds the drain pipe (12) and which is held away from the drain pipe (12) by the bridge structures (22) to define an annular space between the drain pipe (22) and the wet insulation (16) to encapsulate the dry insulation (24), the wet insulation (16) being made of the same material as the bridge structures (22); and
- the bonding of the wet insulation (16) to the bridge structures (22).

A method according to claim 28, including placing the dry insulation (24) around the drainpipe (12) prior to joining the drainpipe (12) with the wet insulation (16) to define the annular space around the dry insulation (24).

A method according to claim 28 or claim 29 including bonding the wet insulation (16) to the bridge structures (22) by welding at a mutual interface.

A method according to claim 30, comprising fusing the material of the wet insulation (16) and the bridge structures (22) by heating at least one heating element (48) at or adjacent to the mutual interface. -this.